工程圖教學(xué)設(shè)計

普通高中教科書《通用技術(shù)》選擇性必修3工程設(shè)計基礎(chǔ)第三章工程設(shè)計建模第二節(jié)工程圖教學(xué)設(shè)計教學(xué)背景什么是工程？工程是人類運用技術(shù)手段，遵從科學(xué)規(guī)律，有組織、有計劃地打造具有特定功能物件的實踐活動。物件中的“物”包括非生命體、生命體；物件中的“件”包括軟件、硬件。工程活動與我們的日常生活息息相關(guān)：建筑工程建造出舒適的房屋，讓人類不再風餐露宿；機械工程制造出各種機械，將人類從繁重的體力勞動中解放出來；計算機及軟件工程增強了人類應(yīng)對繁雜、深奧腦力勞動的能力；通信及網(wǎng)絡(luò)工程讓我們可以隔空交流，即時互通語音、文字、圖像信息，縮短了人們之間的心靈距離；交通工程、航空工程為人類創(chuàng)造出高速鐵路、高速公路及空運系統(tǒng)，縮短了旅行時距，將偌大個地球變成了“地球村”；生物工程、人工智能工程、機器人工程……一系列新興工程的成熟與推廣應(yīng)用，正在改變、引領(lǐng)著我們的現(xiàn)在和未來。黨的二十大報告指出，要實施科教興國戰(zhàn)略，強化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐。工程設(shè)計是實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化的重要支柱，我們需要培養(yǎng)造就更多大師、戰(zhàn)略科學(xué)家、一流科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才。教學(xué)目標：知識與技能目標:1.識讀基本工程圖樣。2.初步掌握尺寸與公差。教學(xué)內(nèi)容分析:工程設(shè)計作為工程活動中最關(guān)鍵的內(nèi)容，其任務(wù)是構(gòu)想、優(yōu)化被打造物件的功能、形態(tài)、細節(jié)形狀或其他參數(shù)，并用圖紙、文件、表格等有效形式準確無誤地將這些內(nèi)容逐項表達清楚，用以指導(dǎo)實施打造物件的施工活動。學(xué)習(xí)工程技術(shù)，就是要掌握將設(shè)想變成物件的本領(lǐng)，用實用、先進的方法創(chuàng)造具有實際用途的物件，改善人類生存、工作環(huán)境，造福人類的現(xiàn)在和未來。工程師們?nèi)绾芜M行工程設(shè)計？他們應(yīng)具備哪些基本知識和技能？工程師之間如何進行思想交流并做到準確無誤的相互理解？現(xiàn)代工程師在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計或思想表達時采用什么計算機軟件？使用這些軟件難不難？本章將通過簡單實例來回答以上問題。學(xué)情分析:生活在科技迅猛發(fā)展的21世紀，同學(xué)們有必要了解一些機器人的知識，通過典型工程案例分析，同學(xué)們了解工程發(fā)展的簡要歷史和工程分類。結(jié)合著名工程師的工程實踐案例，進一步了解工程師工作的特點和職業(yè)要求。通過典型工程設(shè)計的分析，同學(xué)們理解工程設(shè)計的一般過程，并利用“無碳小車”的工程項目制作讓學(xué)生親身體驗設(shè)計過程。學(xué)會編制簡易的工程設(shè)計任務(wù)書。將通過實例，同學(xué)們介紹現(xiàn)代工程設(shè)計中常用的3D建模方法，并讓同學(xué)們獲得一次制作實物模型的體驗。同學(xué)介紹工程設(shè)計過程中評價和決策的重要性，讓大家初步學(xué)會運用決策矩陣、層次分析法、決策樹等工具和方法進行時間管理、質(zhì)量管理和成本評估等。教學(xué)重難點:識讀基本工程圖樣。初步掌握尺寸與公差。教學(xué)策略:本節(jié)課教學(xué)“學(xué)習(xí)目標”幫助我們明確章節(jié)應(yīng)該掌握的要點；“案例”通過引入典型工程或事件，讓同學(xué)們初步認知工程設(shè)計的各個要素；“任務(wù)驅(qū)動”將知識要點分解為各種小任務(wù)，引導(dǎo)同學(xué)有的放矢地學(xué)習(xí)；“立即行動”讓同學(xué)們手腦并用，通過親身體驗來理解、掌握與章節(jié)有關(guān)的知識內(nèi)容；“探究”為同學(xué)們深入探究問題提供了線索；“練習(xí)”能幫助同學(xué)們檢測和回顧應(yīng)該掌握的知識。教學(xué)準備:展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。教學(xué)過程:情景導(dǎo)入:老師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)《通用技術(shù)》選擇性必修3第三章工程設(shè)計建模第二節(jié)工程圖。一、認識工程圖工程圖樣是精確表達施工信息的技術(shù)語言，是工程項目參與者進行交流溝通的一種重要工具。機械工程中常用的工程圖有零件圖和裝配圖兩種。前者表達單個零件的制造要求，后者表達多個零件的裝配關(guān)系?！凹夹g(shù)與設(shè)計1”模塊中，已經(jīng)介紹了相關(guān)內(nèi)容。圖3-12（參見教材P59）是一幅機械手爪的裝配圖。該圖采用了分解裝配的表達形式，也稱為爆炸圖。工程圖一般包括以下內(nèi)容。1．視圖。視圖是按投影規(guī)則布置在圖紙中的幾何圖樣，是工程圖的主體。長期以來，多個視圖組合一直是工程師們準確表達物體空間幾何形態(tài)的重要工具。如今，計算機三維模型因其對物體的空間形態(tài)表達更直接、更簡單且基本涵蓋了視圖的表達功能，呈現(xiàn)出取代組合視圖的趨勢。2．文字和符號。工程圖中通常還包括一些不適宜用圖形表達的文字或符號信息，如：尺寸、顏色編號、工件表面加工紋理和粗糙度、裝配配合狀態(tài)及標題欄、明細欄、技術(shù)要求等。其中，標題欄中含有圖紙名稱、編號、設(shè)計者、審核者、設(shè)計時間、圖紙的隸屬的工程項目等信息。二、制圖標準圖紙中的圖線、符號、文字不能隨意繪制或書寫，以避免讀圖者產(chǎn)生誤解。如：數(shù)字6，轉(zhuǎn)180°方向觀看就是9，如果不規(guī)定書寫和觀看方向，就容易出錯。又如：粗實線用于表達未遮擋的投影輪廓線，虛線用于表達被遮擋的輪廓投影線，點畫線用于表達對稱線等。這些規(guī)定有利于制圖者與讀圖者之間的準確思想溝通，避免誤解。制圖標準是統(tǒng)一圖紙“語言”的文件，用于規(guī)范表達方式、防止圖紙中的信息被誤解。不同的國家或區(qū)域有不同的標準，常見的標準如下：ISO：國際標準化組織制定的標準；GB：中國國家標準；ANSI：美國國家標準；JIS：日本國家標準；DIN：德國國家標準。我國的制圖標準有：GB/T14689—2008《技術(shù)制圖圖紙幅面和格式》，GB/T4457.4—2002《機械制圖圖樣畫法圖線》，GB/T10609.1—2008《技術(shù)制圖標題欄》，GB/T4458.4—2003《機械制圖尺寸注法》等。三、了解公差工程圖中的數(shù)字，看似與數(shù)學(xué)中的數(shù)字相同，但其含義是有所差別的。數(shù)學(xué)上的數(shù)字50，是50.000...，即小數(shù)點后所有數(shù)字都為0。工程圖紙上的50，則含義會有所不同，例如，一張桌子的桌面，在工程圖上標注寬度尺寸為50cm，桌面成品尺寸可能只能做到50.05cm、50.01cm或49.98cm等。雖然這些成品的尺寸不完全等于標注的理想值，但它們都能滿足使用要求，認定它們合格是合理的。公差的概念就是為了應(yīng)對這樣的問題而產(chǎn)生的。公差使得工程圖紙中的尺寸數(shù)字不像數(shù)學(xué)中的數(shù)字那么嚴苛，降低了施工難度。工程圖中標注的尺寸數(shù)值，是一種名義尺寸，其含義是該尺寸的真實數(shù)值可以在標注尺寸附近的一個范圍之內(nèi)變動。這一尺寸變動的允許范圍稱為允差，也稱為公差。機械制造行業(yè)的公差，是指零件幾何尺寸的允許變動范圍。在我國的國家標準中，幾何公差有20個不同等級，分別是IT01、IT0、IT1、IT2......IT18，其等級依次降低。公差等級越高，尺寸允許的變動范圍越小，加工難度也越大，加工成本越高，反之亦然。普通機床的加工精度通常低于IT6。機械工程中的公差主要有尺寸公差和形位公差兩大類別。如：圖3-13中的，這就是一種尺寸公差的標注，其中30稱為名義尺寸，而“+0.2”和“-0.2”是該尺寸對應(yīng)的公差值。它表示該成品的指定尺寸處于29.8mm與30.2mm之間，則“符合設(shè)計要求”。除尺寸外，零件的形狀也不可能處于絕對理想的狀態(tài)。如圖3-13（參見教材P61）中直徑為30mm的外圓，其輪廓線上的每個點距離圓心的距離不可能絕對等于15.000...mm，外部輪廓的圓心和輪軸孔的圓心也不可能絕對重合。然而，即使有點偏差，也未必影響使用。對此，工程中用形位公差來加以規(guī)范。圖3-13（參見教材P61）中，在尺寸φ30下面有兩個符號，第一個符號表示圓度公差為0.01mm，即實際輪廓線上所有點到圓心的距離與理想輪廓線的偏差在0.01mm內(nèi)都認定為合格。第二個符號后面有數(shù)值0.01和字母A，它與輪子中間圓孔上的基準符號A相呼應(yīng)，表示：φ30直徑圓的軸心線與中心孔的軸心線可以不同心，只要偏差小于0.01mm就認定為合格。除此以外，形位公差還有許多其他項目，如：平行度、直線度、垂直度……需要注意的是，在工程圖紙中，沒有標注公差的尺寸并不代表公差值為零，而應(yīng)理解成其公差等于默認值。不同的行業(yè)，不同的應(yīng)用場合，默認值是不同的，這些數(shù)值在相關(guān)的標準、規(guī)范中都有明確規(guī)定。思考公差有什么作用？公差值大些好，還是小點好？立即行動利用課外時間查閱資料了解工程中互換性、配合的概念，以及它們與公差的關(guān)系。習(xí)題1．若某尺寸標注為，指出其對應(yīng)的允許尺寸范圍。2．公差和偏差有什么區(qū)別，又有什么聯(lián)系？板書